研究目的
开发具有高储能密度和效率的无铅弛豫铁电陶瓷,用于宽温域下的大功率储能应用。
研究成果
BNT-BZT40陶瓷在室温下实现了3.1 J/cm3的高储能密度和91%的效率,具有优异的温度稳定性(20-160°C范围内变化<1.5%)和循环可靠性(高达10?次循环变化<3%)。通过调节Bi/Na比例并引入BZT的设计策略成功增强了弛豫特性和击穿强度,展现出在宽温域高功率储能应用中的巨大潜力。未来研究可聚焦于扩大生产规模并将这些陶瓷集成到实际器件中。
研究不足
该研究仅限于特定成分(x=0.20至0.50)的陶瓷样品,可能无法推广至其他材料体系。X射线衍射检测分辨率可能遗漏微量次生相(如x=0.50中观察到的情况)。RC电路测量中的能量损耗及样品厚度变化可能影响准确性。进一步优化击穿强度及探索其他掺杂剂或制备方法具有潜力。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用传统固相烧结法制备(1-x)Bi0.51Na0.47TiO3-xBa(Zr0.3Ti0.7)O3(BNT-BZT100x)陶瓷。设计思路包括调节Bi/Na比例并引入Ba(Zr0.3Ti0.7)O3以稳定反铁电相、增强弛豫特性并提高介电击穿强度。
2:51Na47TiO3-xBa(Zr3Ti7)O3(BNT-BZT100x)陶瓷。设计思路包括调节Bi/Na比例并引入Ba(Zr3Ti7)O3以稳定反铁电相、增强弛豫特性并提高介电击穿强度。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:制备了x=0.20、0.30、0.40和0.50的陶瓷样品。原料为来自国药集团化学试剂有限公司的Bi2O3、Na2CO3、BaCO3、TiO2和ZrO2。数据采集自电学表征、结构分析和储能测量。
3:40和50的陶瓷样品。原料为来自国药集团化学试剂有限公司的Bi2ONa2COBaCOTiO2和ZrO2。数据采集自电学表征、结构分析和储能测量。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括X射线衍射仪(PANalytical X’Pert PRO)、场发射扫描电子显微镜(Quanta 450 FEG)、透射电子显微镜(Talos F200S)、离子束铣削系统(EM RES102)、精密LCR表(E4980A)、改进型Sawyer-Tower电路(PK-CPE1701)、高压功率放大器(Trek Model 610C)和电容充放电测试系统(PK-CPR1701)。材料为上述氧化物及聚乙烯醇粘合剂。
4:2)、精密LCR表(E4980A)、改进型Sawyer-Tower电路(PK-CPE1701)、高压功率放大器(Trek Model 610C)和电容充放电测试系统(PK-CPR1701)。材料为上述氧化物及聚乙烯醇粘合剂。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:粉末经球磨、煅烧、压片后于1140-1180°C烧结,抛光并溅射金电极。表征手段包含XRD、SEM、TEM、介电测量、P-E电滞回线及电场温度可控下的充放电测试。
5:数据分析方法:
采用威布尔分布分析击穿强度,修正居里-外斯定律处理介电弥散性,积分P-E回线获取储能参数。通过统计拟合与图形化分析评估性能。
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